Фазова діаграма

Фа́зова діагра́ма або діагра́ма ста́ну — графічне зображення граничних ліній співіснування фаз фізико-хімічної системи залежно від її складу та термодинамічних параметрів.

Рис. 1. Фазова діаграма для води

Рис. 2. Фазова діаграма заліза з домішками вуглецю

Загальний опис

Фазові діаграми найчастіше будуються залежно від температури й тиску і від температури й компонентного складу.

Ілюструє для даної системи границі існування окремих фаз, а також умови переходу одних фаз в інші залежно від якісного й кількісного складу та параметрів стану. Така діаграма показує, які фази речовини більш стабільні за заданих умов. Фази зображаються як області величин тиску та температури на діаграмі. Лінії границь між фазами відповідають умовам, де фази співіснують у рівновазі.

Однокомпонентні речовини

Для однокомпонентних речовин фазові діаграми будуються залежно від температури й тиску. За правилом фаз, співіснування двох агрегатних станів, наприклад, рідини та газу, задається на такій діаграмі лінією. Співіснування трьох фаз можливе в окремих точках. Рисунок праворуч подає приклад фазової діаграми для води.

Бінарні суміші

Для двокомпонентних речовин існують три параметри: температура, тиск і концентрація однієї з компонент. Зазвичай фазові діаграми будуються, відкладаючи по осі абсцис компонентний склад, а по осі ординат — температуру або тиск. Для двокомпонентних сумішей можливе одночасне існування чотирьох фаз. На діаграмах виділяються області однорідної суміші і області розшарування на фази.

Фазова діаграма багатокомпонентної суміші природних газів

Рис. 3.Діаграма фазових перетворень багатокомпонентних вуглеводневих сумішей

Типова фазова діаграма багатокомпонентної суміші природних газів (рис.) у координатах тиск–температура має петлеподібний вигляд, тобто відрізняється від відповідної фазової діаграми одно-компонентного газу, яка має вигляд однієї монотонно зростаючої, увігнутої до осі температур кривої з однією кінцевою (критичною) точкою. На діаграмі (рис.) крива точок кипіння а  межа однофазного рідкого і двофазного парорідинного станів, а крива точок роси b  межа однофазного газоподібного і двофазного парорідинного станів. Ці криві сходяться в критичній точці К. Критична точка  максимальне значення кривої точок кипіння за температури, але не тиску. Максимальному тиску цієї кривої відповідає точка N, яку називають криконденбарою. Для кривої точок роси  критична точка максимальна за значенням тиску, але максимальному значенню температури відповідає точка М, яка називається крикондентермою. Таким чином, на фазовій діаграмі багатокомпонентної суміші ці точки відповідають максимальним значенням тиску і температури. Зазначені точки в сукупності з критичною обмежують дві особливі області, в яких поведінка суміші відрізняється від поведінки чистої речовини. Це ретроградні області, які носять назви: зворотної конденсації  обмежена кривою KDM і зворотного випаровування — обмежена кривою NHK.

Фазова діаграма з усіма її особливостями властива будь-яким багатокомпонентним сумішам, але ширина її петлі і розташування критичної точки, а отже, і ретроградних областей залежать від складу суміші.

Див. також

• Солідус
• Ліквідус
• Правило відрізків
• Діаграма стану сплавів залізо-вуглець

Література

• Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Дон. : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.